先进制造技术中的精益生产.doc

先进制造技术中的精益生产前言 制造活动是人类的主要活动之一, 社会的发展和进步, 离不开制造业的革新与发展。随着国际化市场竞争的日益激烈, 制造不再是单纯加工过程,还包括市场调研、产品开发、工艺设计、生产加工、市场营销等产品生命周期内一系列相关活动。制造是一个国家的支柱产业, 制造技术是支撑制造业完成产品生产、提高劳动效率、降低成本、满足环保型生产和保证质量的必要手段, 是国家经济持续发展的源动力。先进制造技术(AMT Advanced Manufacturing Technology) 是美国研究本国制造业衰退原因和振兴对策, 于90年代初提出的。 制造业的产品结构正朝着实用、高效、节能、质量好、功能先进、环保型(所谓的绿色商品) 方向发展；生产方式则朝着多品种、小批量柔性化,生产周期大为缩短等方面发展。 社会需求的不断变化和市场竞争的加剧, 促进新的制造技术不断出现, 这些制造技术大多数与计算机技术息息相关, 同时也注重人因和制造活动中的管理技术。先后出现了数控(NC)，柔性制造系统(FMS)，计算机集成制造技术(CIM/ CIMS)，敏捷制造(AM)，智能制造(IM) , 精益生产方式(LP)，虚拟制造(AM)，健状设计(RD)，制造资源计划(MRP) 等多项先进制造技术与制造模式，其中最具影响力的就是精益生产方式, 它在实践中已取得了显著成效, 并被誉为改变世界的机器。精益生产方式的来源及定义1 精益生产方式的来源精益生产方式来源于日本的丰田生产方式。它是美国麻省理工学院(MIT) 根据其在题为, 国际汽车计划( IMVP - international motor vehicle program) 的研究中总结日本企业成功经验后提出的一个新概念, 翻译为精益生产方式。在本世纪初, 由美国人Ford 和Sloan 开创的大量生产方式(mass production)揭开了现代化大生产的序幕, 引起了制造业的根本变革, 大量生产方式取代了单件生产方式, 也使美国战胜了当年工业最发达的欧洲, 成为世界第一大工业强国；时隔半个多世纪, 日本又以推行精益生产方式实现了赶超欧美的愿望, 一跃成为世界经济大国。精益生产方式自以改变世界的机器一书公诸于世以来, 在世界范围引起了巨大反响。在美、德等国应运而生一批精益企业研究中心, 开展大范围的研究、示范、推广等工作。2 精益生产方式的定义精益生产方式既是先进制造技术, 从管理的层面上看, 又是企业的组织管理方法, 即企业生产要素的配置方式。精益生产方式就是指以整体优化的观点, 以社会需求为依据, 以发挥人的因素为根本, 有效配置和合理使用企业资源, 最大限度地为企业谋求利益的一种新型生产方式。精益生产方式的内涵由日本人丰田英二和大野耐一创立的丰田生产方式的内涵主要集中在生产制造领域, 精益生产方式的提出, 把丰田生产方式从生产制造领域扩展到产品开发, 协作配套、销售服务、财务管理等各个领域, 贯穿于企业生产经营的全过程, 使其内涵更加全面和丰富。精益生产方式的核心思想在于“消除浪费、强调精简组织机构”和“不断改善”。前者指的是组织管理到生产过程侧重分析“产品流”、“物资流”和“信息流”, 及时暴露问题, 删繁就简, 杜绝流浪费, 从而使“价值流”连续流动起来。后者则强调充分发挥人的潜能, 力争精益求精, 追求尽善尽美。精益思想的关键出发点是价值。精确的确定产品的价值是精益生产的重要前提和根本保证。精益思想从一种自觉的尝试开始，通过与用户的对话，为具有特定功能以特定价格提供的产品定义精确的价值。价值流是使一个特定产品通过任何一项商务活动的三项关键性管理任务时所必须的一组特定活动。这三项任务是：在从概念设想，经细节设计与工程到投产的全过程中的解决问题的任务；在从接受订单、制定详细进度到送货的全过程中的信息管理的任务；在从原材料制成最终产品，送到用户手中的物质转化的任务。价值流流动是精益生产中最精采的阶段，使保留下来的和创造价值的各个步骤流动起来。而现在的多数管理者仍然认为，各种活动都应该按照类型分组，以便能够有效运作也易于管理。精益的方法是要重新定义职能、部门和企业的作用，使他们能对创造价值做出积极的贡献，是要说明价值流上每一点员工的真正需要。因此，使价值流动起来才真正符合员工的利益。精益生产的特征及解决问题的方案精益生产的实质是一种生产管理技术，它能够大幅度减少闲置时间、作业切换时间、库存、低劣品质、不合格的供应商、产品开发设计周期以及不及格的绩效。它是继大批量生产方式之后，对人类社会和人们的生产方式影响巨大的一种生产方式。精益企业使用精益生产方式生产出来的产品品种尽量满足顾客的要求， 而通过其对各个环节中采用的杜绝一切浪费（ 人力、物力、时间、空间）的方法与手段满足顾客对价格的要求。这就是精益生产方式的核心。精益生产方式与传统生产模式的区别主要表现为改变了品质控制手段；消灭（减少）各种缓冲区；增加职工的参与感和责任感；加强职工的培训与交流；仅在需要的地方采用自动化；精益的组织结构。精益生产方式是一种理念，一种文化。实施精益生产既是决心追求完美的历程，也是追求卓越的过程，它是支撑个人与企业生命的一种精神力量，也是在永无止境的学习过程获得自我满足的一种境界。其目标是精益求精，尽善尽美，永无止境的追求7个零的终极目标。精益生产方式的主要特征表现为：1）品质寻找、纠正和解决问题；2）柔性小批量、一个流；3）投放市场时间把开发时间减至最小；4）产品多元化加快产品周期、减少规模效益影响；5）效率提高生产率、减少浪费；6）适应性标准尺寸总成、协调合作；7）学习不断改善、正和解决。解决方案是零库存、高柔性和零缺陷。1）零库存：一个充满库存的生产系统，会掩盖系统中存在的各种问题。日本人称库存是“万恶之源”，是生产系统设计不合理、生产过程不协调、生产操作不良的证明。所以“零库存”就成为精益生产追求的主要目标之一。2）高柔性：高柔性是指企业的生产组成形式灵活多变，能适应市场需求多样化的要求，及时组织多品种生产，以提高企业的竞争能力。面临市场多变这一新问题，精益生产方式必须以高柔性为目标，实现高柔性与高生产率的统一。精益生产者着眼于完美，目标是无不良品，排除一切不产生价值的工作（作业）。通过提高产品品质、取消库存、注重团队合作和沟通、扩展员工的技术、培养员工改善技能且不断使他们自我提高，从而实现“零”浪费的目标。在追求精益生产的过程中，精益生产者不断地建立一个更好的生产体系，允许员工更富有挑战性的工作，允许他们更加迅速地对市场做出分析。为实现柔性和生产率的统一，精益生产必须在组织、劳动力及设备3方面表现出较高的柔性。(a) 组织柔性：在精益生产方式中，决策权力是分散下放的，而不是集中在指挥链上，它不采用以职能部门为基础的静态结构，而是采用以项目小组为基础的动态组织结构。(b) 劳动力柔性：当市场需求波动时，要求劳动力也作相应调整。精益生产方式的劳动力是具有多种技能的多面手，在需求发生变化时，可通过适当调整操作人员的操作来适应短期的变化。(c) 设备柔性：与刚性自动化的工序分散、固定节拍和流水生产的特征相反，精益生产采用适度的柔性自动化技术（数控机床与多功能的普通机床并存），以工序相对集中，没有固定节拍以及物料的非顺序输送的生产组织方式，使精益生产在中小批量生产的条件下，接近大量生产方式中由于刚性自动化所达到的高效率和低成本，同时具有刚性自动化所没有的灵活性。3）零缺陷：传统的生产管理很少提出零缺陷的目标，一般企业只提出可允许的不合格百分比和可以接受的质量水平。而精益生产的目标是消除各种引起不合格品的原因，在加工过程每一工序都要求达到最好水平，追求零缺陷。精益生产要求不断取消那些不增加产品价值的工作。因此，可以认为精益是一种减少浪费的哲学。精益生产方式的生产关系是人和人互相承担义务的物质利益关系，这种关系包括：工人和雇主、协作厂和总装厂、协作厂之间及销售商和生产厂同甘共苦。当这一体制正常运转时，就会是体制中的每个成员都产生积极参与和促进不断改善的愿望。正是由于科学技术的发展和生产力的进步，才有可能在精益生产方式的生产关系下组织生产。因此，只有在大量生产方式的环境下，精益生产方式才有可能发挥作用。精益生产的模式精益生产方式之所以在世界范围引起了强烈反响, 其革命性就在于它将近20 年出现的先进技术、思想集成化, 系统化, 理论化。其模式主要由以下几个方面构成:1) 全面质量管理全面质量管理( TQM) 是实现精益生产方式的重要保证。质量是企业生存之本。好的质量不是检验出来的，而是制造出来的。TQM 强调全员参与和关心质量工作, 体现在质量发展、质量维护和质量改进等方面, 从而使企业生产出成本低, 用户满意的产品。2) 准时化和自动化准时化和自动化是支持精益生产方式的两大支柱。准时化(JIT - Just in time) 指的是在必要的时候生产必要数量的必要产品。超量生产是万恶之源，看板(kanban) 是保证准时生产的工具。看板的生产指令, 取贷指令, 运输指令来控制和微调生产活动, 使生产储备趋向于“零”。这种现场自律微调的“后补充”生产, 以多品种, 高质量、低成本, 零库存为目标, 很好地响应了市场需求。动字带人字旁的自“动”化(autonomation) ,是指赋予机器人的智慧, 出现故障就立即停机, 防止了错误的继续传递。这种“防止失误装置”能够防止生产次品, 制止过量制造, 还能自动控制现场发生的异常情况。3) 并行工程并行工程(CE - Concurrent Engineering) 是精益生产方式的基础。这种方法要求产品开发人员从设计开始就考虑产品生命周期的全过程, 还包括质量、成本、进度和用户要求。CE 有两个特点: 一是开发各阶段的时间是并联式的, 开发周期大为缩短；二是信息交流及时,发现问题尽早解决, 产品开发的质量高。4) 成组流水线成组流水线是精益生产方式的集中体现。成组技术(GT) 已经成为生产现代化不可缺少的组成部分。当前流行的混流生产(MIX Flow) 就是CE、JIT、GT 的综合运用。利用GT的相似性特点, 组织相似的零件在生产线上加工, 就成了成组流水线。其特点是制造对象多样化, 但仍保持着大量生产的速度, 而生产线则由刚性变成了柔性。5) 人的因素精益生产方式把人作为最重要的生产要素, 而取代过去那种“机器中心论”。以前提出的“全盘自动化”和“无人化工厂”的思想已超于消失。在精益生产方式中, 人是这个体系的中心。以人这个具有最大柔性和最大潜力的因素为中心是先进制造技术发展的必然。总的来看, TQM 强调精简机构, 优化管理, 赋予基层单位以高度自治权力；CE开展多功能多学科的协调小组, JIT 要求工人成为“多面手”, 强调集体协作, 注重“团队”精神的实现。在成组生产线, 这种基于合作的伙伴间的信任与协作, 提高了整体的灵活性和竞争力, 使生产朝着更好、更有效的方向发展精益生产技术在汽车制造业中的应用从90年代开始,中国的汽车制造业如一汽等也开始吸收日本及欧美汽车业的精益生产的经验。而上海通用汽车作为中美最大的合作项目,更是精益生产实施的成功典范之一。从建厂之初,精益生产技术便在其采购、装配、物流、销售等各个环节广泛实施,从而确保了在短短几年内,便树立了其在中国汽车制造业的领先地位。1 精益原则精益生产的本质在于消除浪费,即一切消耗资源却不为客户创造价值的活动。为此,需要从客户的角度定义什么是真正的价值,识别整个价值流,推动价值的流动并由客户的需求进行拉动,并持续不断地推进整个价值流的改善。精益生产不是一个个孤立的实验,而是整个组织企业文化、员工素质和士气的提升,流程的优化和不断改进的过程。精益生产也不是一项孤立的技术,它是一个系统工程,它的成功实施,还往往需要整个供应链的价值流优化。它是一个长期作战的过程。如笔者于日本三电赤城事务所看到,从1990 年起就开始推进TPM活动,已多次获得日本TPM奖,它的口号仍是“TPM推进中”，持续不断地努力。精益生产不能有急躁冒进的情绪。虽然可以在局部产品、局部项目上短期内就可以达到显著的效果,如缩短换模时间、提高生产率等,但是只有经过长期的努力并真正成为企业文化的有机组成部分,精益生产才能给企业带来长期的收益。精益生产技术的应用需要不但知其然,还要知其所以然。如国内一大型冲压件厂在其来料剪切和冲压工序间导入了拉动系统,简化了其生产计划和调度工作。但实际上,只要按精益物流的原则,适当调整其生产布局,将剪切和冲压工序组织在同一个工作区,并实现冲压各工序间一物流的生产原则(而不是象现今很多冲压件厂那样,在各工序间滞留了大量的库存) ,就可以大幅度降低冲压在制品的库存,缩短制造周期,减少物料运输,提高响应速度和产品质量,从而达到更好的改善效果。改善的方案还要按SMART原则制定(具体、可测量、可达成、切合实际和有时间紧迫性)。2 精益组织精益生产的成功实施需要有组织上的保障。最高管理层的理解和支持是项目成功的关键,适当而充分的资源投入是项目成功的基础。精益生产的推进改变了规模生产方式下的供应链关系和组织、部门的定义,因此推进过程中往往需要打破部门、组织的界限。头脑风暴法等非常规方法的实施需要参与人员的思想解放,而不能囿于部门、级别的限制。在精益生产推进的过程中,还需要有一个专职的专家来组织、帮助实施。在初期这个专家往往由外脑担任。但随着精益生产的不断推进和深化,需要由组织内部的人员来承担这个职责并实现常态、长期的推进和管理。正确而合理的目标、远景和实施计划,以及定期的跟踪、解决,则是确保改善项目成功的前提。员工的广泛而积极的参与,则是精益生产持续开展的基础。精益生产的推进要求组织选择正确而合理的评估参数和方法。如国内一些企业片面追求设备利用率、人员利用率的最大化,而忽视了库存成本和库存风险。同时对一些精益生产项目实施作出相反的评价。如实行U 型工作区和一人多机后,可能导致设备利用率的下降。精益生产的实施不能以员工下岗、待岗为代价。通过现场改善、生产线平衡等工作后,往往实现了生产线的减人化,这往往成为国内部分企业裁员的藉口,从而造成企业内改善人员与其他员工之间的对立、不合作情绪,导致改善项目的夭折。而国外精益生产的先进经验则是,通过现场改善减下的人员,往往是原生产区域的优秀人员。他们成为新项目、新生产线的核心,或成为其它改善项目的生力军,在组织内部也有更大的发展机会。3 精益现场精益生产组织的现场是充分运用了5S 和目视管理技术的现场。5S 和目视管理是企业推进精益生产的第一步。实施5S 的关键在于打破员工对工作范围、工作职责的定义,并切身体会到5S、目视管理的意义。5S 活动作为精益生产推进的前奏,可以帮助组织打破精益生产的神秘感,同时又能看到精益生产技术给企业迅速带来的效果。而目视管理则通过将企业及现场的现状、操作要领、目标等以简洁、有效的方法实现目视化,从而使员工在最短的时间内作出了解、判断和响应。如上海通用生产线采用了暗灯(Andon) 系统和色标系统、地址系统等,生产现场的工作状态、质量状态等一目了然,支持人员也可以快速作出响应,保证了生产的有序、高效进行。4 精益价值流精益生产实施的结果是价值流的不断优化。而价值流图分析和管理(VSM)则是优化价值流的一个结构化的工具。通过对整个信息流、物流的分析,它可以帮助识别组织内、外的价值流,分清增值和不增值(浪费)的项目,识别企业内需要优先解决的问题。通过绘制出目前、将来和理想状态的三种价值流图,可以将整个组织内价值流的优势、劣势和改进方向明确和目视化,并为整个组织所了解和认同。价值流图分析帮助组织确定哪些是急迫的改进项目,从而引导组织资源的合理分配,确保精益生产项目的有效实施。5 精益布局精益生产要求生产线布局不是以传统的按功能组织,如所有的冲压工序、焊接工序、油漆工序分门别类地布局。精益生产主张按产品和产品族进行分组,结合产量分析,确定是专线生产还是共线生产,以及确定选用的设备类型。而生产的布局和工作要素的分配,以及设备的选型,则要充分考虑顾客节拍时间(Takt Time) ,即顾客拉动产品的速度。如上海通用一家空调控制器供应商将生产现场的布局将原沿输送带的流水线布局改成U型布局,并将工作要素重新分配,对操作工的工作通过平衡墙进行了分析、改进后,将生产线人员由原来的11人减少到5人,在线库存减少了30,制造周期缩短了20。6 精益设备和工装精益生产的全面实施离不开精益的设备。在设备设计时就要充分考虑到精益生产的需要。如设备选型不能求大、求新、求快。速度过快、产能过高的设备往往是库存浪费和过量生产浪费的源泉。设备工装的切换(从生产一种产品到生产下一种产品) 的时间要最小化。日本汽车业制造厂从追求几分种内完成换模( Single Minute Exchange of Die) 到追求一键式(One Touch) 换模。而国内汽车制造业很多厂家仍然认为换模时间是正常、不可避免的,更不是一种浪费。设备和工装设计、制造过程中对换模时间的缩小更是很少考虑。对生产现场现有设备和现有的换模过程,则要不断进行改善和优化。如笔者在给上海通用的一家三角窗供应商组织的一次快速换模研讨会期间,通过分清换模过程中的各项工作要素,按最小化内部时间(必须停机的时间) 的原则和ECRS 方法